網絡技術下的無線設備狀態監測系統

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摘要：針對現今機械設備狀態監測系統的不足，以無線網絡技術為基礎，利用傳感器作為系統硬件核心，開發一種無線設備狀態監測系統，其硬件組成包括傳感器和無線微處理器；軟件設計包括WinCE6.0平臺、傳感器節點應用程序、監控軟件開發環境。根據實驗結果可知，文章設計的基于網絡技術的無線設備狀態監測系統與傳統系統相比，在等量數據點條件下，其監測效率占有一定優勢。

關鍵詞：網絡技術；無限設備；效率

引言

現今使用的機械設備狀態監測系統分為兩大類，一種是在線設備狀態的監測系統，在線監測具體是將傳感器搜集到的設備故障信息直接輸入分析設備內，或者借助A/D轉換開關后利用通信電纜將信息上傳至計算機內，之后計算機就會繼續完成分析處理與在線診斷，而且計算機既能夠應用在工業現場，也可以遠在現場之外[1]。在線診斷的優勢就在于可以在短時間內快速完成任務，實時性比較好，可缺點是成本太高，運行不靈活，所以在線診斷系統通常會普遍應用在大型關鍵設備狀態的檢測上。另外一類是無線狀態監測系統，無線狀態監測通常會普遍應用現場上，對數據進行信息采集，將數據信息存儲在便攜式采集設備上，借助人工輸入或計算機內部的診斷軟件完成對數據的分析處理，實現電流傳感器。

1基于網絡技術的無線設備狀態監測系統的硬件組成

1.1傳感器選擇

傳感器的主要作用就是對無線設備在運行狀態中出現的各種數據進行及時采集，傳感器在數據采集上表現出的精準性和安全性將會直接決定無線設備狀態監測系統的性能發揮。科學、有效的傳感器選擇是一項極其重要的工作，一般主要考慮以下三種指標，首先需要考慮其工作特征，如靈敏度、頻率、安全性、機動性、線性度等；其次有必要對其工作環境進行全面考慮，如溫度、濕度、化學腐蝕性等；最后需要考慮的就是諸如尺寸、大小等實際參數[3]，盡可能避免因本身參數導致采集效果大打折扣。盡量避免由于傳感器的物理參數而影響到采集效率。本系統的硬件主要對設備的振動信號、電流信號進行采集。傳感器的選擇主要包括加速度傳感器和電流傳感器傳感器兩種。加速度傳感器。本文選擇的加速度傳感器型號是AD2001T，該傳感器主要適用于對工業設備的監控上，比如無線設備、風機和大型機械設備等。AD2001T的具體參數設置如下所示：分辨率設為0.3mg，靈敏度基本在2000mV/g，誤差基本控制在5%~10%之間；其次，在頻率響應范圍上比較廣泛，大概在0.3Hz~10000Hz之間，共振頻率為30KHz；再次，其量程范圍比較大，最高可達100g，底座使用絕緣材料；第四，普遍使用直流電源進行日常供電，其供電電壓一般為+25V，輸出偏壓在5~10V之間；最后，其工作溫度范圍在20℃~+100℃之間。本文選擇的電流傳感器型號是KHAT1019L型閉合式電流互感器。其優勢就是能夠對交直流和脈沖電流進行直接測量；不需要外連電源，閉合式構造且輸入線圈設為內置，測量方式設為非侵入式；外形小巧，攜帶方便，底座帶有固定開口，隔離電壓的能力比較強，安全度比較高。該電流互感器可以在一定程度上將強電流通過二次感應的方式直接轉變為弱電流，適合用于車間設備（如電機定子）電流信號的采集。KHAT1019L的具體參數設置如下所示：首先測量電流范圍在0~100A之間；其次額定輸出電流在0~200mA之間；再次額定采樣電壓設為10V；然后在工作溫度范圍設定上為40°C~+100°C；最后其非線性度為0.05%[2]。

1.2無線微處理器模塊

微處理器是整個節點的關鍵，負責節點其它部件的監控和各項任務的匹配，實現數據的釆集、轉變和存儲任務。微處理器的選擇對整個節點性能的發揮會產生至關重要的影響。微處理器的選擇通常會著重考慮一下幾點要求：在處理能力上，微處理器處理能力強就意味著工作效率得到有效提高，任務之間需要等待的時間就會大大減少，可處理能力的加強，其損耗也會隨之增大，設計時有必要按照性能發揮尋找平衡點。在片內資源上，有的微處理器內部具備定時器、程序儲存器、A/D轉變器等很多外備資源。使用這些片內資源能夠在一定程度上簡化外部組件，使微處理器的外圍電路更加清晰易懂可操作。無線通信模塊的基本任務就是實現無線任務的接收與發射。其射頻芯片的選擇上需重點考慮尺寸因素，微處理器尺寸的大小會間接決定整個節點的尺寸，設計時需選取尺寸較小的微處理器。其中主要處于以下幾點的考慮：首先是損耗，通信模塊的耗電量極其龐大，芯片損耗比較低，節點的整體損耗就會比較低；其次是編程的難易程度，選擇編程簡單的射頻芯片能夠在一定程度上降低后期管理難度，推進研發進程；再次是外圍電路，簡單的外圍電路意味著較少部件，如此就能夠大大降低成本，減小節點尺寸；最后是發射頻段，機械、科學、醫藥（ISM）頻段，主要包括495MHz，812MHz，957MHz，7.4GHz等，這些頻段能夠無需申請直接應用。

2基于網絡技術的無線設備狀態監測系統的軟件設計

2.1WinCE6.0操作平臺

WindowsEmbeddedCE6.0（WinCE6.0）是微軟公司最新研發的一種嵌入式操作平臺，它是一種模塊化的、便于剪裁的、移動方便的多任務嵌入式操作平臺。WindowsEmbeddedCE6.0的設計內核主要支持78000個并發進程，每一個進程具備8GB的虛擬內存存儲空間，同時還可以確保系統的即時性響應，這使其能夠將更為優秀的應用程序應用到更加智能化、自動化的設備中，嵌入式開發者能夠從中篩選他們所需源代碼，并根據編碼組建獨有的操作系統。

2.2傳感器節點應用程序設計

傳感器節點主要是利用CC1081芯片的四條SPI總線對芯片的工作模式進行合理配置，實現讀寫數據的緩存功能。借助CAA引腳狀態對清除空閑信道進行預估設置，利用SDF引腳狀態對時鐘信息的輸入進行控制。當節點輸電時，就會自動偵查無線通信網絡傳輸的入網信息，獲得入網絡許可以后，每一個傳感器的數據采集節點就會直接被劃分到唯一的網絡IP地址內。同時數據采集節點也開始進入工作狀態，傳感器將采集到的關鍵數據上傳至微處理器內，再經由微處理器進行一系列的簡單操作，傳感器節點每隔一個固定時間就會對傳感器發送一次目前數據所處特征值，傳感器將次特征值和標準值進行對比，一旦發現異常，就會請求中斷，將出現問題的振動數據波形利用傳感器節點上傳至監控中心，繼續處理。發送結束后就將等待下次請求中斷后繼續發送數據。

2.3監控軟件開發環境

監測軟件的界面主要式在C++Builders.1環境下完成開發的。C++Builder作為Boreland公司繼Delphi后推出的又一款可視性集成工具，C++Builder具備在短時間內優化可視化開發環境，雖編譯程序較為簡單，但實際功能發揮卻很強大，只需簡單地將控件拖拽至窗體，設置好基本屬性，再修改一下外觀，應用程序界面立即就能夠建設好了，C++Builder內設了超過200個完全具備WINDOWS公用特征并且還擁有可擴展性(包括全面支持ActiveX控件)的可重復性處理組件；凡是C++開發環境具備高效、機動的功能，且其CPU能夠實現完全透視，完成監測任務。

3實驗與效果分析

為了更加直觀具體的看出本文設計的基于網絡技術的無線設備狀態監測系統的實際應用效果，特與傳統無線設備狀態監測系統進行對比，對其監測效率進行比較。

3.1實驗準備

為保證實驗的準確性，將兩種無線設備狀態監測系統置于相同的試驗環境之中，進行監測能力的實驗。

3.2實驗結果分析

實驗過程中，通過兩種不同的無線設備狀態監測系統設計同時在相同環境中進行工作，分析其監測能力的變化。實驗效果對比圖1如下所示。根據實驗結果可知，本文設計的基于網絡技術的無線設備狀態監測系統與傳統系統相比，在等量數據點條件下，其監測效率占有一定優勢。

4結語

本文對基于網絡技術的無線設備狀態監測系統進行分析，依托傳感器網絡技術，根據無線設備狀態的發生故障，對其監測系統進行優化升級，實現本文設計。實驗論證表明，本文設計的方法具備極高的有效性。希望本文的研究能夠為基于網絡技術的無線設備狀態監測系統的構建方法提供理論依據。

參考文獻：

[1]吳瑞明.基于物聯網的礦井機電設備狀態監測關鍵技術的相關分析[J].礦業裝備,2018,12(6):114-115.

[2]楊敏,曾榮,陳奕瑾,等.基于PLC信號分析的設備狀態監控系統設計[J].自動化與儀器儀表,2017(6):127-129.

作者：閆娟雅 單位：鄭州市技師學院